Задание. Физические свойства и химический состав подземных вод

Физические свойства и химический состав подземных вод

Подземные воды с гидрогеохимической точки зрения представляют собой сложнейшую систему, состав, состояние и свойства которой в каждом конкретном случае определяются:

1) свойствами самой воды;

2) свойствами содержащихся в ней веществ;

3) условиями взаимодействия их между собой и с окружающей средой.

Задание

Обработать химический анализ подземных вод для 15 варианта:

1. Пересчитать данные анализа из мольной формы (ммоль/дм³) в массовую ионную форму (мг/дм³).

2. Вычислить погрешность анализа.

3. Определить содержание анионов и катионов в процент-мольной форме (%-экв).при их сумме в 200 процентов.

4. Определить минерализацию (г/дм³).

5. Вычислить жесткость воды (ммоль/дм³).

6. Классифицировать воду по степени минерализации, по специфическим компонентам, газовому составу, агрессивности.

7. Записать анализ воды в виде формулы М.Г. Курлова, определить тип воды и дать ее название.

8. Изобразить состав воды графическим методом равносторонних треугольников Ферре.

Порядок расчета для варианта №15

Ниже приводятся подробные пояснения к расчетам по обработке результатов химического анализа подземных вод, отображенные в вышележащей таблице 2.

1. Расчет ионов из мольной формы (моль/дм³, мг-экв/л) в массовую ионную форму (мг/дм³,мг/л).

Зная содержание в воде иона в мольной форме (моль/дм³, мг-экв/л) можно определить его содержание в массовой форме (мг/дм³,мг/л).

Cl^-=12*35,5=426 мг/дм³

SO₄^2-=67*48,0=3216 мг/дм³

HCO₃^-=10*61= 610 мг/дм³

Na⁺=50*23=1150 мг/дм³

Mg²⁺=10*12.2=122 мг/дм³

Ca⁺²= 29*20,0=580 мг/дм³

К⁺=0*39,1= 0 мг/дм³

2. Для определения погрешности анализа воды отдельно суммируем содержание анионов и катионов в мольной (мл-эквивалентной) форме (моль/дм³, мг-экв/л). Сумма анионов равна 89 (моль/дм³, мг-экв/л), сумма катионов равна 89 (моль/дм³, мг-экв/л). Отсюда, относительная погрешность (Х) анализа равна:

=0

3. Далее выражают химический состав воды в в процент-мольной форме (%-моль, %-экв), приняв суммы анионов и катионов за 100 % каждую, и записывают по порядку в следующую графу таблицы.

Сумму анионов и катионов равную 178 (ммоль/дм³, мг-экв/л) принимают за 200 %.

Решая пропорцию, получаем значение хлора-иона в процент-мольной форме (%-экв), то есть:

Cl^- = х = (12 • 200/178) =13,48 %-экв, и т.д. для всех ионов.

SO₄^2-=(67 • 200/178)=75,3 %-экв

HCO₃^-=(10 • 200/178)=11,23 %-экв

Na⁺=(50 • 200/178)=56,18 %-экв

Mg²⁺=(10 • 200/178)=11,23 %-экв

Ca⁺²= (29• 200/178)=32,58 %-экв

К⁺=(0 • 200/178)=0 %-экв

4. В связи с тем, что при анализе воды сухой остаток не определялся, (то есть минерализация воды), вычисляют его приближенно. При выпаривании все не газообразные вещества, кроме гидрокарбоната-иона, переходят в сухой остаток. Гидрокарбонат-ион распадается по уравнению:

При этом в виде диоксида углерода и паров воды теряется около половины его массы (точно 0,508). Экспериментально определенный сухой остаток всегда больше вычисленного (с учетом 1/2 НСО₃^-), иногда на 5÷12 %.

Учитывая это, общую минерализацию (сухой остаток) приближенно вычисляют с учетом поправочного коэффициента равного 1,1 по уравнению:

(2.8)

или расчетная минерализация равна:

5. Концентрация водородных ионов характеризует кислотно-щелочные свойства воды. Вода обладает общекислотной агрессией (рН = 7).

Классификация воды по общей минерализации, температуре и водородному показателю приведена в таблице 2.4.

6. Общую жесткость определяют как сумму катионов кальция и магния, выраженных в ммоль/дм³ или мг-экв/л, например:

По этому показателю данная вода классифицируется как очень жесткая (см. таблицу). Например, магнитная обработка воды резко снижает образование накипи на стенках котлов ТЭЦ.

7. В данном случае формула Курлова имеет такой вид:

В наименование состава воды включаются анионы сульфата - SO₄^2- и катионы натрия и кальция – Na⁺ и Ca²⁺, содержание которых превышает 25 процент-молей (%-экв).

По этой записи воду следует называть: вода – железистая, углекислая, сильносолоноватая, гидрокарбонатно-натриево-кальциевая, кислая, теплая, очень жесткая. Вода высокодебитная, обладает общекислотной агрессией.

Таблица 2.4 - Классифицируемые показатели подземных вод

Классифицируемые показатели
По минерализации	измерение	По температуре	измерение
г/дм3, г/л	°С
сверхпресные	< 0,2	переохлажденные	< 0
пресные	0,2 ÷ 1	холодные	0 ÷ 20
слабосолоноватые	1 ÷ 3	теплые	20 ÷ 37
сильносолоноватые	3 ÷ 10	горячие	37 ÷ 50
соленые	10 ÷ 35	весьма горячие	50 ÷ 100
рассольные	> 35	перегретые	> 100
По величине рН	измерение	По степени жесткости	измерение
б/р	ммоль/дм3
очень кислые	< 5	очень мягкие	< 1,5
кислые	5 ÷ 7	мягкие	1,5 ÷ 3,0
нейтральные		умеренно жесткие	3,0 ÷ 6,0
щелочные	7 ÷ 9	жесткие	6,0 ÷ 9,0
высокощелочные	> 9	очень жесткие	> 9

Все воды, согласно классификации Алекина (см. рисунок 2.3) делятся по преобладающему аниону на три класса:

I класс – гидрокарбонатный – С – (НСО₃^-+CO₃^2-), он объединяет маломинерализованные воды рек, пресных озер и немногие озера с повышенной минерализацией;

II класс – сульфатный – S – (SO₄^2-), по распределению и минерализации занимает промежуточный характер между I и III классами;

III класс – хлоридный – C1 – (Cl^-), объединяет минеральные воды морей, лиманов, реликтовых и материнских озер, подземные воды солончаковых районов, пустынь и полупустынь.

Распределение подземных вод на классы уточняется делением каждого класса на три группы по преобладанию одного из катионов: Ca²⁺, Mg²⁺, ∑Na⁺+K⁺. Каждая группа подразделяется на три типа по соотношению между миллимолями ионов (ммоль/дм³).

Вывод:

Учитывая общую минерализацию, химический состав, содержание ионов водорода (рН), температуру и вычисленную жесткость, а также соотношение всех компонентов, показанных на графиках-треугольниках Ферре, окончательно дают воде наименование.

Вода - железистая, углекислая, сильносолоноватая, сульфатно-кальциево-натриевая, теплая, нейтральная, очень жесткая. Вода высокодебитная, обладает общекислотной агрессией. Вода относится к типу 2.

Итак, по классификации О.А. Алекина обозначение воды – SO₄^2- _II^NаСа – класс сульфатных вод, группа кальциево-натриевая, тип второй.

Таблица 2.3 – Физические свойства и химический состав подземной воды

Проба воды	Глубина отбора	Запах	Мутность	Цветность	рH	Т °С	Q, м3/сут
7,5 м	б/з	мутная	б/ц	5,6
Солевой состав
Компо-ненты	Единица измерения	Переводной коэффициент (см. таблицу 2.2)
Общая минерализация	Содержание на 100 г воды
расчет	расчет	дано	расчет
Ионы	тип воды	г/дм3;	мг/дм3;	ммоль/дм3;	%-моль;	Эквивалент
г/л	мг/л	мг-экв/л	%-экв
Cl-	-	-	426,0		13,48	35,5
SO42-	-	-	3216,0		75,3	48,0
HCO3-	-	-	610,0		11,23	61,0
Na+	-	-	1150,0		56,18	23,0
Mg2+	-	-	122,0		11,23	12,2
Ca2+	-	-	580,0		32,58	20,0
К+	-	-				39,1
Сумма (а+к)	-	-				-
Fe2+	-	-	0,03	-	-	-
NO2-	-	-	-	-	-	-
CO2	-	-	0,15	-	-	-
М	сильно-солоноватая	6,4	-	-	-	-

Примечание – Теоретически суммы анионов и катионов, выраженные в мольной форме (ммоль/дм³, мг-экв/л) должны быть равны, поэтому для определения погрешности обычно пересчитывают данные анализа из массовой ионной формы (мг/дм³, мг/л) в мольную форму (ммоль/дм³, мг-экв/л), используя пересчетные коэффициенты (таблица).